Il batterio femminista

Storia della lotta evolutiva tra farfalle e Wolbachia

 Simbiosi, termine che indica una interazione biologica tra due organismi (simbionti) della stessa specie o di specie diverse. Alcune di queste relazioni possono portare un vantaggio, di qualsiasi tipo, solo all’individuo che agisce come parassita mentre altre arrecano un vantaggio sia per il parassita sia per l’ospite (mutualistiche). Nel mondo degli invertebrati esiste una simbiosi molto frequente, soprattutto negli insetti, che riguarda il batterio del genere Wolbachia e tutti i suoi ospiti come coleotteri, farfalle e zanzare.

La scoperta del batterio

Fig.1 Foto al microscopio elettronico del batterio Wolbachia

Si tratta del batterio forse più studiato al mondo per la sua forte influenza sulla determinazione del sesso dei suoi ospiti. Fu scoperto nel 1924 da due studiosi, Marshall Hertig & S. Burt Wolbach, mentre analizzavano esemplari di zanzara comune. La scoperta rimase negli anfratti della ricerca scientifica per circa mezzo secolo quando nel 1971 un team dell’università della California scoprì che le uova di zanzara comune (Culex pipiens) venivano uccise per incompatibilità citoplasmatica. Questa parolona altro non significa che lo sperma di maschi infettati dal batterio erano incompatibili con femmine non infettate o infettate da un altro ceppo di Wolbachia. Questa scoperta produsse grande fervore nella comunità scientifica poiché condusse alla possibilità di debellare molte malattie trasmesse dai vettori come le zanzare. Ma le potenzialità del batterio non finiscono di certo qua, infatti quest’ultimo possiede altri 3 superpoteri:

• Eliminazione dei maschi nella popolazione, portando uno squilibrio nel rapporto femmine-maschio che può raggiungere anche valori di 100:1 a favore delle femmine.

• Femminilizzazione, ovvero i maschietti si sviluppano come femmine con tanto di apparato sessuale femminile.

• Partenogenesi, i batteri fanno sì che le femmine non abbiano più bisogno dello sperma maschile per la riproduzione sessuata e quindi, dalle uova non fecondate, nasceranno solo femmine. Nella pratica le femmine si clonano ed questo fenomeno è direttamente collegato al potere numero 1.

Nulla da dire, sembrerebbe un film di supereroi in cui la parte del cattivo viene interpretata dal temibile Wolbachia. Il batterio risiede negli oociti femminili e non nello sperma e per questo motivo viene trasmesso solo dalle femmine della specie colpita. Questa trasmissione genetica preferenziale spiega il motivo della necessità del secondo potere, quello della femminilizzazione. Quando i poteri vengono “usati” in combinazione, l’effetto può diventare davvero molto potente e la farfalla Hypolimnas bolina può darne prova. Questa si può incontrare dal Madagascar all’Asia fino all’Australia, un areale di distribuzione assai ampio e variegato per via delle molteplici isole che si trovano nel sud-est asiatico. La femmina usa un tipo di mimetismo, chiamato batesiano, con il quale riproduce le sembianze di un genere di farfalle velenose (Euploe sp.) in modo da evitare la predazione da parte degli uccelli.

Fig.2 Femmina di Hypolimnas bolina (destra) che imita la farfalla velenosa Euploe core

Di grande interesse è l’incredibile velocità con la quale si riproducono in un anno solare, arrivando a ben 10 generazioni all’anno. Una cifra molto alta e che Wolbachia ha notato subito, approfittando della grande opportunità concessagli. Un team di ricercatori durante una spedizione nel sud-est asiatico alle isole Fiji, si accorse che sull’isola Sava’i (Samoa) la popolazione delle farfalle era costituita prevalentemente da femmine. Questa situazione potrebbe condurre all’estinzione dell’intera popolazione data l’assenza di maschi per la riproduzione e quindi ad una minore variabilità genetica che possa garantire una certa resilienza ai cambiamenti ambientali. Attraverso indagini molecolari il team scoprì che le femmine erano tutte infettate dal batterio, il quale agiva  come sterminatore di maschi e provocava uno squilibrio numerico enorme tra i due sessi della popolazione. Il caso volle che un anno dopo scoprirono, nell’isola accanto chiamata Upolu, una popolazione perfettamente in equilibrio tra femmine e maschi. Si assistette al più veloce adattamento evolutivo mai documentato finora.

Fig.3 Isole dove fu condotto lo studio sulle popolazioni di farfalle

Normalmente per far sì che una popolazione si adatti ad un nuovo fenomeno abiotico (clima) o biotico (predazione, batteri, virus) si necessita di parecchie generazioni. Durante questo periodo di tempo i caratteri si fissano negli individui della popolazione sia per caso (deriva genetica) sia per selezione naturale (carattere vantaggioso). Qui invece le farfalle hanno chiuso la partita nel giro di un solo anno, ovvero 10 generazioni! A questo punto starete pensando che il batterio se ne sia andato a casa con la “coda fra le gambe” ma, come stiamo sperimentando noi tutti con Covid-19, gli esseri viventi di piccole dimensioni sono i più diabolici tra tutti. Infatti il batterio in realtà continuava ad avere un  vantaggio pur avendo perso la lotta evolutiva, data l’instaurazione di una forma di competizione tra femmine infettate e sane. Le prime potevano riprodursi con maschi sia infetti che sani mentre le seconde avevano una limitazione in più, potendo riprodursi solo con maschi sani. Questo fenomeno porta al rallentamento dell’eliminazione del batterio dalla popolazione. In alcune popolazioni di Hypolimnas bolina il batterio Wolbachia rimase inattivo per circa 80-100 anni, l’equivalente di ben 800-1000 generazioni. Gli studiosi, nonostante le ipotesi formulate a riguardo, non sono ancora riusciti a spiegare il perché dell’inattività del batterio.

La morale di questa storia è che prima o poi i cattivi faranno la loro comparsa, che sia Joker o Wolbachia poco importa.

Per chi volesse farsi del male leggendo la bibliografia a riguardo può spulciare qui sotto:

Hornett EA, Charlat S, Wedell N, Jiggins CD, Hurst GDD. 2009. Rapidly shifting sex ratio across a species range. Current Biology 19:1628-1631

Hornett EA, Moran B, Reynolds LA, Charlat S, Tazzyman S, Wedell N, Jiggins CD, Hurst GDD. 2014. The evolution of sex ratio distorter suppression affects a 25 cM genomic region in the butterfly Hypolimnas bolina. PLOS Genetics 10:e100482
Yong, E. The Strange Case of the Butterfly and the Male-Murdering Microbe (2016) https://www.theatlantic.com/science/archive/2016/08/the-strange-case-of-the-butterfly-and-the-male-killer/496637/